广义空气源热泵在中国的适用性研究

发布时间：2018-04-14 09:19

  本文选题：广义空气源热泵 + 性能评价　； 参考：《清华大学》2015年硕士论文

【摘要】：结霜会导致空气源热泵性能变差,且影响室内热舒适。为解决这一难题,人们从两个方面开展研究工作。一是不断完善常规空气源热泵的除霜技术,提高除霜效率和除霜控制的准确性;二是发展新的系统形式,即发展避免室外换热器盘管表面结霜的无霜空气源热泵技术。但目前人们对这些技术究竟适用于在哪些地区发展,如何公平地评价其性能差异,以及到底哪些途径是改善系统能效比的重要方法尚无统一的认识。基于此,本文开展了如下工作:首先,分析了常规空气源热泵和无霜空气源热泵运行的物理过程和特点,将空气源热泵系统的制热(结霜或吸水)和除霜(再生)过程抽象为以凝水量为纽带的两个等效热泵循环,建立了空气源热泵系统制热和除霜过程的物理模型;从能量守恒和质量守恒定律出发,推导出空气源热泵系统在一个结霜/除霜周期内的系统能效比的计算公式。其次,分析了将1h作为标准周期的方法和合理性,给出了不同城市、不同建筑类型的平均湿球温度与干球温度的推荐关联式,以改进现有评价体系中定量描述室外湿度对性能影响过于简化的不足;在此基础上,分析并提出了综合考虑室外干、湿球温度的季节性能评价指标,为其适用性分析奠定基础。再次,推导了逆循环除霜和无霜空气源热泵的传热传质微分方程,并对其求解,结合目前的实验数据,建立了常规空气源热泵和无霜空气源热泵系统的性能模型;搭建了无霜空气源热泵的性能测试实验台,并整理了近年来相关方向的实验数据,验证了模型的正确性;应用所建模型对两类空气源热泵系统的制热/制冷特性进行比较分析。最后,应用提出的季节性能评价指标分析空气源热泵在我国南方地区的适用性。结果显示,无霜空气源热泵适宜在福州、南宁和广州发展,常规空气源热泵适宜在贵阳和昆明发展,而其他南方省会城市,无霜空气源热泵的应用潜力也很高。此外,探讨了采用冷冻法再生的无霜空气源热泵系统的节能潜力,常规空气源热泵误除霜对热泵性能的影响,以及热气旁通除霜与逆循环除霜及无霜空气源热泵的性能差异等问题,为产品的性能改善提供了一些思路。本论文构建的广义空气源热泵性能评价指标,对于完善空气源热泵的评价体系,指导产品的合理应用和设备选型具有一定的理论意义和实用价值。
[Abstract]:Frosting will result in poor performance of air source heat pump and affect indoor thermal comfort.In order to solve this problem, people carry out research from two aspects.One is to improve defrosting technology of conventional air-source heat pump, to improve defrosting efficiency and defrosting control accuracy; the other is to develop a new system form, that is, to develop frost-free air source heat pump technology to avoid frosting on the surface of coil tube in outdoor heat exchanger.However, there is no unified understanding of where these technologies are suitable for development, how to evaluate their performance differences fairly, and what are the important ways to improve the EER.Based on this, the following work is carried out: firstly, the physical process and characteristics of conventional air source heat pump and frost-free air source heat pump are analyzed.The heating (frosting or water absorption) and defrosting (regenerating) processes of air-source heat pump system are abstracted into two equivalent heat pump cycles, which are connected with condensate water, and the physical models of heating and defrosting process of air-source heat pump system are established.Based on the law of conservation of energy and mass, the formula for calculating the energy efficiency ratio of air-source heat pump system during a frosting / defrosting period is derived.Secondly, the method and rationality of taking 1h as the standard period are analyzed, and the recommended correlation between the average wet bulb temperature and the dry bulb temperature in different cities and different building types is given.In order to improve the quantitative description of outdoor humidity on the performance of the existing evaluation system is too simplified, on the basis of this analysis and put forward a comprehensive consideration of outdoor dry and wet bulb temperature seasonal performance evaluation index, for its applicability analysis laid a foundation.Thirdly, the differential equations of heat and mass transfer between reverse circulation defrosting and frost-free air source heat pump are derived, and the performance models of conventional air source heat pump and frost free air source heat pump system are established.The performance test bench of frost-free air source heat pump is built, and the experimental data in recent years are collected to verify the correctness of the model, and the heating / refrigeration characteristics of two kinds of air source heat pump systems are compared and analyzed by using the established model.Finally, the applicability of air source heat pump in southern China is analyzed with the proposed seasonal performance evaluation index.The results show that frost-free air source heat pump is suitable for development in Fuzhou, Nanning and Guangzhou, conventional air source heat pump is suitable for development in Guiyang and Kunming, and the application potential of frost-free air source heat pump is also high in other southern provincial capitals.In addition, the energy saving potential of frost-free air source heat pump system regenerated by freezing method is discussed, and the influence of common air source heat pump defrosting on heat pump performance is discussed.The difference of performance between hot gas bypass defrosting and reverse circulation defrosting and frost-free air source heat pump is also discussed, which provides some ideas for the improvement of product performance.The performance evaluation index of generalized air-source heat pump constructed in this paper has certain theoretical significance and practical value for improving the evaluation system of air-source heat pump and guiding the rational application of products and the selection of equipment.
【学位授予单位】：清华大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：TU83

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